Stabilność pracy

 

    Pracę maszyny uważa się za stabilną, jeżeli:

• przy przemijających zmianach momentu elektromagnetycznego lub momentu napędowego (momentu obciążenia przy pracy silnikowej) maszyna powraca do wyjściowego stanu pracy,

• przy trwałych zmianach momentu elektromagnetycznego lub momentu napę­dowego (momentu obciążenia w przypadku pracy silnikowej) ustala się praca

maszyny w nowych warunkach.

    Oznacza to, że zagadnienie stabilności jest ściśle związane z charakterystyką kątową momentu elektromagnetycznego maszyny synchronicznej. Aby usta­lić zakres, w którym praca jest stabilna, należy przeanalizować zachowanie się maszyny przy zmianach momentu elektromagnetycznego lub momentu napędo­wego (momentu obciążenia dla pracy silnikowej).

Załóżmy, że prądnica wzbudzona określonym prądem jest napędzana momen­tem M, któremu odpowiada kąt mocy  Jeżeli z jakiejś przyczyny moment napędowy powiększy się (lub zmniejszy) do wartości M (lub M), to powstanie moment dynamiczny M= M- M > O w przypadku zwiększania momentu napędowego (lub M= M - M < O w przypadku zmniejszania). M> 0

 

 

 

 

 

 

 

     Ustalenie zakresu pracy stabilnej prądnicy na charakterystyce kątowej momentu oznacza, że kierunek działania tego momentu jest zgodny z kierunkiem wirowa­nia i w związku z tym następuje zwiększenie kąta mocy, natomiast przy < O, tzn. gdy kierunek działania momentu dynamicznego jest przeciwny do kierunku wirowania wirnika, kąt mocy zmniejsza się. Zwiększaniu się (lub zmniejszaniu się) kąta mocy towarzyszy zwiększanie się (lub zmniejszanie się) momentu elek­tromagnetycznego M, wskutek czego moment dynamiczny ()zmniejsza się do zera i praca ustala się przy kącie (lub).

Jeżeli zmiany momentu napędowego są przemijające, to w sposób analogicz­ny prądnica powraca do pracy ustalonej przy kącie mocy .Praca prądnicy przy kącie mocy jest więc pracą stabilną.

Jeżeli przyjmiemy natomiast, że prądnica napędzana momentempracuje przy kącie *,to przy zwiększeniu (zmniejszeniu) momentu napędo­wego do wartości ()powstaje moment dynamiczny = - M > O (=-M< 0), który powoduje zwiększenie się (zmniejszenie się) kąta mocy. Powiększaniu kąta mocy w tym przypadku towarzyszy zmniejszanie się momen­tu elektromagnetycznego, a więc dalsze zwiększanie momentu dynamicznego i kąta mocy, czyli utrata równowagi momentów - elektromagnetycznego i napędowego

- tzn. wypadnięcie maszyny z synchronizmu. Przy zmniejszaniu się kąta mocy moment elektromagnetyczny początkowo się powiększa, a następnie maleje, tak że moment dynamiczny zdąża do zera, a prądnica przechodzi do pracy ustalonej przy kącie .Jeżeli zmiana momentu napędowego od wartości  do  ma charakter przemijający, to praca prądnicy ustali się przy kącie mocy , a nie przy .Praca prądnicy przy kącie *jest niestabilna. Na podstawie powyższego rozu­mowania można stwierdzić, że praca w zakresie kątów mocy O < V <  jest pracą stabilną.

Na podstawie analogicznego rozumowania dla pracy silnikowej (V < 0) można stwierdzić, że przy kątach - <V < O praca jest stabilna, a przy kątach -p < V <  praca jest niestabilna.

     Maszynę pracującą w stabilnej części charakterystyki kątowej momentu moż­na zawsze doprowadzić do wypadnięcia z synchronizmu przez odpowiednio duże zmiany momentu napędowego (lub momentu obciążenia) lub momentu elektro-

magnetycznego (prądu wzbudzenia). Wypadnięcie z synchronizmu nastąpi wów­czas, gdy moment napędowy (lub obciążenia) będzie większy od momentu elek­tromagnetycznego krytycznego maszyny.

     Miarą zdolności maszyny do utrzymywania się w synchronizmie jest tzw. współczynnik synchronizujący

=

 

    Charakterystyka kątowa współczynnika synchronizującego zależy od prądu wzbu­dzenia. Na rysunku 7.33 przedstawiono charakterystyki kątowe współczynnika synchronizującego i momentu elektromagnetycznego dla trzech prądów wzbudzenia. Z analizy charakterystyk kątowych współczynnika synchronizującego wynika, że:

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 7.33. Charakterystyki kątowe współczynnika synchronizującego (linie przerywane) przy różnych prądach wzbudzenia z zaznaczeniem zakresu pracy stabilnej wynikają tort zależności:

• ze wzrostem prądu wzbudzenia zwiększa się współczynnik synchronizujący,

• warunkiem pracy stabilnej jest k > O (dla stabilnej części charakterystyki kąto­wej momentu > 0),

• współczynnik synchronizujący jest równy zeru (= 0) przy kącie mocy =.

     Maszyny synchroniczne, niezależnie od momentu napędowego (obciążenia), pracują najczęściej przy prądach wzbudzenia zbliżonych do prądu znamionowe­go, aby wykazywały dużą zdolność utrzymywania się w synchronizmie i umożli­wiały generowanie do sieci mocy biernej indukcyjnej.

 

 

v   Krzywe V

v   Praca równoległa maszyn synchronicznych